6. Построение картограммы электрических

нагрузок и определение ЦЭН

Картограмму электрических нагрузок наносят на ситуационный план предприятия для определения местоположения цеховых трансформаторных подстанций (ТП) и главной понизительной подстанции (ГПП). Построение картограммы нагрузок производят на основании результатов определения расчетных нагрузок цехов, исходя из условия, что площади кругов картограммы в выбранном масштабе является расчетными нагрузками цехов.

В качестве расчетной нагрузки для построения картограммы прини­мают активную расчетную мощность каждого цеха, так как реактивная мощность цеха подлежит компенсации.

Радиусы окружностей для каждого цеха находят из выражения:

, мм (23)

где Р_рi - расчетная активная нагрузка i-го цеха, кВт;

m - масштаб площади круга, кВт/мм²;

r_i - радиус окружности, мм.

Для цеха 1:

Нагрузка 0,4 кВ: , мм

На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других цехов (через знак “/” указана нагрузка 6 кВ, до знака – 0,4 кВ).

r₁ = 13,4 мм r₆ = 10,7/10 мм r₁₁ = 2,9 мм r₁₆ = 1,2 мм r₂₁ = 2 мм

r₂ = 9,4 мм r₇ = 9,3/2,8 мм r₁₂ = 3 мм r₁₇ = 0,7 мм r₂₂= 2,3 м

r₃ = 7,2/15,7 мм r₈ = 4,9 мм r₁₃ = 4,6 мм r₁₈ = 3,8 мм r₂₃ = 1,6/5,9 мм

r₄ = 14,8/7,9 мм r₉ = 1,3 мм r₁₄ = - мм r₁₉ = 0,9 мм

r₅ = 10,4 мм r₁₀ = 5,9 мм r₁₅ = 2,2 мм r₂₀ = 1,7 мм

Так как часто расположение нагрузок по площади цехов неизвестно, то построить картограмму можно, исходя из условия, что нагрузка равномерно распределена по площади цеха, т.е. центр нагрузок цеха (центр окружности) совпадает с центром тяжести его площади.

Силовые нагрузки напряжением до и выше 1000 В наносят отдельно, а осветительные нагрузки в виде отдельных секторов - внутри круга, изображающего нагрузку напряжением до 1000 В. Величины нагрузок наносят рядом с кругами.

Центр электрических нагрузок (ЦЭН) промышленного предприятия в целом определяют с помощью аналитического метода сложения параллельных нагрузок. В декартовой системе координат оси наносят на план произвольно, координаты центра электрических нагрузок определяют по формулам:

, мм (24)

, мм (25)

где Р_i - полная нагрузка i-го цеха, кВ·А;

х_i, у_i- координаты центра нагрузок i-го цеха, мм;

х_о, у_о - координаты центра нагрузок предприятия, мм.

Реально координаты ЦЭНа, т.е. положение распределительной подстанции (РП) или ГПП, принимается с учетом застройки генплана предприятия производственными цехами и расположением заводских коммуникаций (трубопроводы, эстакады, рельсовые пути и т.д.).

Рисунок 2 – Картограмма электрических нагрузок

7. Выбор числа и мощности трансформаторов гпп и цеховых тп

В данном разделе рассматривают и решают вопросы передачи электроэнергии от ГПП к цехам и административно-производственным зданиям предприятий.

В первом приближении местоположение ГПП может быть выбрано в ЦЭН. Однако выбранное таким образом расположение подстанции должно корректироваться с учетом конкретных условий производства, его территория и т.д. Для расположения подстанции с ее реальными геометрическими размерами необходима определенная свободная площадь на территории предприятия. Также необходимо предусмотреть наличие определенной площади для конструктивного осуществления кабельных трасс, эстакад и линии.

В условиях Севера предпочтение нужно отдавать прокладке кабелей по эстакадам. Контрольные кабели для цепей управления и защиты по территории ОРУ также необходимо вести по надземным конструкциям. Эта рекомендация вызвана тем, что прокладка кабелей в траншеях и каналах затрудняет условия эксплуатации. В короткий летний период каналы и траншеи обводняются, и при замерзаниях в зимних условиях происходит разрыв кабелей. Расположение ГПП, воздушных и кабельных линий не должно создавать затруднения для внутризаводского транспорта. Следует также принимать во внимание требования технической эстетики и промышленной архитектуры. Приведенные выше соображения часто вынуждают располагать ГПП на границе или вблизи территории предприятия.

ОРУ-110 кВ в условиях Севера подвергаются сильным снежным заносам. В связи с этим оборудование открытых распределительных устройств (ОРУ) (ЛР, ШР, ошиновки) размещают на высоте 5-6 м, соответственно подняв их приводы. Для удобства обслуживания и ремонтов оборудования сооружают стационарные площадки. При компоновке подстанцию ОРУ следует располагать с наветренной стороны, что обеспечивает минимальные снежные заносы.

Одна и та же электрическая нагрузка цехов на напряжение до 1000 В может быть обеспечена малым числом трансформаторов большой мощности и большим числом трансформаторов малой мощности. Поэтому выбор оптимальной мощности цеховых подстанций должен быть основан на технико-экономических расчетах. Такие расчеты очень громоздки, так как в них, помимо подстанций, учитывают и питающие линии 6-10 кВ и цеховые распределительные сети до 1000 В. Сложность расчета обусловлена тем, что капиталовложения в потери мощности в цеховых сетях находятся в зависимости от числа подстанций и увеличиваются вместе с укрупнением единичной мощности трансформаторов, но при этом снижаются капиталовложения в распределительные устройства и линии 6-10 кВ, питающие цеховые ТП. При малой единичной мощности трансформаторов уменьшаются капиталовложения и потери в цеховых сетях, но увеличиваются потери электроэнергии и капиталовложения в трансформаторы и сети 6-10 кВ.

Экономическую мощность трансформатора приближенно можно найти по формулам:

для однотрансформаторной подстанции

,кВА (26)

для двухтрансформаторной подстанции

кВА (27)

где - плотность нагрузки, кВА/м; S_н - номинальная установленная мощность электроприемников цеха до 1000 В; F - площадь цеха, м².

Для питания электрических нагрузок III категории следует применять однотрансформаторные подстанции. При наличии нагрузок II категории следует, как правило, применять однотрансформаторные подстанции 10-6/0,4 кВ при условии резервирования мощности по перемычкам на вторичном напряжении, достаточном для питания наиболее ответственных потребителей или при наличии складского резерва трансформаторов. Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при сосредоточенных нагрузках или преобладании потребителей I категории. При наличии потребителей особой группы I категории необходимо предусмотреть третий источник питания.

Для трансформаторов цеховых подстанций следует, как правило, принимать следующие коэффициенты нагрузки:

- для цехов с преобладающей нагрузкой I категории при двух-трансформаторных подстанциях 0,65 - 0,7;

- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при одно-трансформаторных подстанциях с взаимным резервированием трансформаторов 0,7 - 0,8;

- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками III категории 0,9 - 0,95.

Количество ТП на предприятии определяют совместно с выбором компенсирующих устройств.

Для выбора количества и мощности цеховых ТП для цеха №1, определю:

а) суммарную нагрузку исходя из расчетной мощности и мощности на освещение:

Рр_0,4+Р_осв=16936,5+322,2=17258,7 кВт;

б) реактивную расчетную мощность:

квар;

в) реактивную мощность освещения:

квар;

г) суммарную расчетную мощность:

кВА;

д) суммарную мощность с учетом освещения:

кВА;

е) итого мощность на 1 цех:

кВА.

Так как данный потребитель относится к 1-ой категории, то Sp должна составлять 70% от мощности трансформатора (для потребителей 2-ой категории – 80%, 3-ей – 90%), поэтому мощность трансформатора может быть найдена из пропорции:

кВА.

Эту мощность обеспечит 12 трансформаторов ТМ-2500/10. Их суммарная мощность составит 30000 кВА, поэтому коэффициент нагрузки:

,

что допустимо. Для остальных цехов трансформаторы выберу по такому же принципу, и результаты вынесу в таблицу:

Таблица 9 - Выбор цеховых трансформаторов

№ цеха	Установленная мощность		Категория потребителя	К-т нагрузки	Sэк экономически рекомендованная, кВА		Тип трансформатора	Паспортные данные тр-ра
	Рр, кВт	Qр, квар			Полная	С учетом к-та		Рхх, кВт А/Б		Ркз, кВт	Uк, %	Iхх, %	Цена, тыс. руб.
1	17258,70	10700,39	1	0,70	20306,68	29009,54	12хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
2	8377,02	5193,75	1	0,70	9856,45	14080,64	6хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
3	5064,22	3139,82	1	0,65	5958,59	9167,06	4хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
4	20766,16	12875,02	1	0,70	24433,57	34905,11	14хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
5	10552,64	6542,64	1	0,65	12416,29	19101,99	8хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
6	11133,16	6902,56	2	0,80	13099,33	16374,17	7хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
7	8674,06	5377,92	2	0,70	10205,94	14579,92	6хТМ-2500	3,90	4,60	25	5,50	1,00	4,60
8	2337,46	1449,23	3	0,90	2750,27	3055,85	2хТМ-1600	2,80	3,30	18	5,50	1,30	3,20
9	187,40	116,19	3	0,90	220,49	244,99	ТСЗ-250	1,00	-	3,8	5,50	3,50	2,35
10	3374,66	2092,29	3	0,90	3970,65	4411,83	3хТМ-1600	2,80	3,30	18	5,50	1,30	3,20
11	803,33	498,07	1	0,65	945,21	1454,16	ТМ-1600	2,80	3,30	18	5,50	1,30	3,20
12	868,92	538,73	3	0,90	1022,38	1135,97	ТМ-1600	2,80	3,30	18	5,50	1,30	3,20
13	2045,50	1268,21	1	0,65	2406,75	3702,69	3хТМ-1600	2,80	3,30	18	5,50	1,30	3,20
14	-	-	3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
15	452,27	280,41	1	0,65	532,14	818,68	ТМ-1000	2,10	2,45	12,2	5,50	1,40	2,32
16	130,85	81,13	1	0,65	153,96	236,87	ТСЗ-250	1,00	-	3,8	5,50	3,50	2,35
17	46,73	28,97	3	0,90	54,98	61,09	ТСЗ-160	0,70	-	2,7	5,50	4,00	2,04
18	1367,60	847,91	3	0,90	1609,13	1787,92	2хТМ-1000	2,10	2,45	12,2	5,50	1,40	2,32
19	90,50	56,11	1	0,70	106,48	152,12	ТСЗ-160	0,70	-	2,7	5,50	4,00	2,04
20	274,04	169,90	1	0,65	322,43	496,05	ТСЗ-630	2,00	-	7,3	5,50	1,50	4,65
21	371,63	230,41	1	0,70	437,27	624,67	ТСЗ-630	3,00	-	7,3	5,50	1,50	4,65
22	519,21	321,91	3	0,90	610,90	678,78	ТМ-1000	2,10	2,45	12,2	5,50	1,40	2,32
23	259,06	160,62	1	0,65	304,81	468,94	ТСЗ-630	2000	-	7300	5,50	1,50	4,65

Рисунок 3 – Трассы линий электропередач до перекомпоновки

Скомпоную 12 ТП в 3 КТП:

а) КТП 5 будет питать цеха 11, 12, 21 (по рисунку 1) – их суммарная мощность 3214,8 кВА. Наивысшая категория потребителя – 1. Возьму 2хКТП-2500, тогда коэффициент номинальной нагрузки определю как отношение нагрузки к мощности КТП в процентах: , а коэффициент аварийной нагрузки соответственно .

б) КТП 12 будет питать цеха 15, 16, 18, 22 (по рисунку 1) – их суммарная мощность 2415 кВА. Наивысшая категория потребителя – 1. Возьму 2хКТП-2500, тогда коэффициент номинальной нагрузки определю как отношение нагрузки к мощности КТП в процентах: , а коэффициент аварийной нагрузки соответственно .

б) КТП 13 будет питать цеха 8, 9, 17, 19, 20 (по рисунку 1) – их суммарная мощность 4010,1 кВА. Наивысшая категория потребителя – 2. Возьму 2хКТП-2500, тогда коэффициент номинальной нагрузки определю как отношение нагрузки к мощности КТП в процентах: , а коэффициент аварийной нагрузки соответственно .

Все остальные ТП заменю на КТП аналогичной мощности.

Выбранные КТП занесу в таблицу 10:

Таблица 10 - Выбор КТП

Показатель		КНТП-630-1000	КТП-2500	КТП-1600
Номинальная мощность трансформатора, кВА		630	2500	1600
Тип силового трансформатора		ТМЗ	ТНЗ	ТМЗ
Тип шкафа на стороне 6 кВ		ШВВ-3	ШВВ-3	ШВВ-3
Тип шкафа на стороне 0,4 кВ	для ввода	ШН-8	ШНВ-2К	ШНВ-2М
	линейные	ШН-1	ШНЛ-3К	ШНЛ-1М
	секционные	ШН-10	ШНС-3К	ШНС-2М
Тип коммутационного аппарата	на стороне 6 кВ	ВН-11	ВН-11	ВН-11
	на вводах и секционных 0,4 кВ	АВМ20В	Э40В	Э40В
	на отходящих линиях	АВМ10В	Э25В	Э06В
Габаритные размеры шкафов 6 кВ, мм	ширина	1200	1200	1200
	глубина	900	860	860
	высота	2507	2461	2461
Габаритные размеры шкафов 0,4 кВ, мм	ширина	800	1000	1000
	глубина	1300	1556	1556
	высота	2200	2213	2200
Масса шкафов, кг	на стороне 6 кВ	515	600	600
	на стороне 0,4 кВ	430	1800	1400
Оптовая цена шкафов, руб.	на стороне 6 кВ	1750	750	750
	на стороне 0,4 кВ	4000	5500	5600

Данные по расчету аварийного и номинального коэффициентов нагрузки также снесу в таблицу 11:

Таблица 11 - Общая таблица выбора КТП с учетом Кн, %, Ка, %

№ КТП	Высшая категория потребителя	Суммарная мощность, кВА	Число и мощность КТП	Кн, %	Ка, %
1	1	20307	12хКТП-2500	67,69	135,38
2	1	9856	6хКТП-2500	65,7	131,4
3	1	12416	8хКТП-2500	62,08	124,16
4	1	5959	4хКТП-2500	59,59	119,18
5	1	3215	2хКТП-2500	64,3	128,59
6	1	24434	14хКТП-2500	69,81	139,62
7	2	13099	7хКТП-2500	74,85	149,7
8	3	3971	3хКТП-1600	82,73	165,46
9	1	305	1хКТП-630	50,83	101,66
10	1	2407	3хКТП-1600	50,14	100,28
11	2	10206	6хКТП-2500	68,04	136,08
12	3	1609	2хКТП-2500	48,3	96,6
13	2	4010	2хКТП-2500	80,2	160,4

Рисунок 4 – Перекомпоновка схемы электроснабжения с учетом загрузки цехов

Выберу трансформаторы ГПП.

Суммарная мощность всех КТП и нагрузки 6 кВ – 217666,3 кВА.

Учитывая, что суммарная мощность всех КТП и нагрузки 6 кВ должна составлять 70% от мощности трансформатора, находим мощность трансформатора из пропорции: кВА. Разделим эту нагрузку пополам: кВА.

Выберу трансформатор ГПП:

Таблица 12 - Выбор ГПП

Тип трансформатора	Паспортные данные тр-ра
	Номинальная мощность, МВА	Напряжение обмотки ВН/НН, кВ	Рхх, кВт А/Б		Ркз, кВт	Uк, %	Iхх, %	Цена, тыс. руб.
ТДЦ-200	200	121/13,8	140	170	550	10,5	0,5	220

Таблица 13 – Перекомпоновка мощностей по секциям ГПП

№ шины, № секции	Ячейка	S, кВА
I шина, 1 секция	1	30000
	3	20000
	5	5000
	7	28520
	9	4490,8
	11	15864,8
	13	5000
	15	200000
	17	Резерв
	19	25
	21	6
	ИТОГО (без учета мощности тр-ра ГПП)	108900,6
II шина, 2 секция	2	15000
	4	37210,5
	6	41980,2
	8	4800
	10	4800
	12	5000
	14	200000
	16	Резерв
	18	25
	20	6
	ИТОГО (без учета мощности тр-ра ГПП)	108821,7